上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

1 概述

1.1 工程概況

沈陽茂業(yè)中心位于沈河區(qū)青年大街185號，工程占地面積2.56萬 m2，總建筑面積42萬 m2，由1 幢主塔樓（75 層、311 m）、1 幢公寓樓（54 層、188 m）、1 幢住宅樓（44 層、164 m）組成，3 幢單體共用7 層商業(yè)裙房及3 層地下室（建筑標(biāo)高-14.4 m），為已建成的沈陽第一高樓（圖1）。

1.2 塔吊概況

超高層塔吊布置常有3 種形式：布置在建筑外側(cè)的落地附墻式；布置在核心筒墻體外的外掛內(nèi)爬式；布置在核心筒內(nèi)的座梁內(nèi)爬式。3 種方法在成本、技術(shù)難度上各有優(yōu)劣，對于超過250 m的超高層，一般采用內(nèi)爬式塔吊較為經(jīng)濟(jì)合理[1]。

綜合考慮本工程鋼結(jié)構(gòu)總噸位、總吊裝工作量和構(gòu)件最大分節(jié)質(zhì)量，本工程選擇在核心筒內(nèi)布置1 臺撫順永茂STT553A型平頭塔吊，并在核心筒內(nèi)墻體設(shè)置鋼梁，塔吊內(nèi)爬。STT553A塔吊在有效回轉(zhuǎn)半徑50 m范圍內(nèi)能滿足最遠(yuǎn)端鋼柱、鋼梁、鋼桁架的吊裝。

經(jīng)過18 次爬升，STT553A塔機(jī)最終達(dá)到起重臂鉸點(diǎn)為318 m高度，塔吊剖面及平面位置見圖2、圖3。本文主要介紹塔機(jī)退場時(shí)所采用的高空拆除方式。

圖1 沈陽茂業(yè)中心效果圖

圖2 沈陽茂業(yè)中心內(nèi)爬塔吊剖面

1.3 屋面結(jié)構(gòu)概況

沈陽茂業(yè)中心屋面平臺標(biāo)高299.8 m，采用壓型鋼板組合樓板結(jié)構(gòu)形式，平臺設(shè)鋼結(jié)構(gòu)折梁，梁高400 mm，兼顧建筑和結(jié)構(gòu)的需要。設(shè)備間屋頂標(biāo)高311.0 m，屋面采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，主梁截面300 mm×500 mm，樓板厚120 mm。

2 塔吊拆除總體方案

2.1 總體技術(shù)路線的確定

內(nèi)爬塔吊的拆除一般借助屋面吊，對于較大噸位塔吊需要引入多個(gè)屋面吊，以分級置換的方式拆除。

本工程中STT553A高空解體后，最大拆解單元質(zhì)量接近12 t。同時(shí)由于裙房區(qū)域已提前開業(yè)，地面卸料場地有嚴(yán)格限制，對屋面吊遠(yuǎn)端起重能力有較高要求。

本工程屋面可用場地狹窄，且屋面之間存在較大高差，屋面吊的位置選擇十分困難。

屋面吊基礎(chǔ)落在較為薄弱的屋面結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行驗(yàn)算，確定加固方案。

經(jīng)綜合比選，確定了“ZSL270+QTZ50多級置換，屋面吊塔身接高、樓面臨時(shí)支撐加固”的總體技術(shù)路線（圖4）。

圖4 屋面吊多級置換方案剖面

2.2 平面布置

由于本工程裙房提前開業(yè)，地面僅保留西側(cè)施工場地，屋面吊按大小次序布置于STT553A西側(cè)。ZSL270選擇布置于小屋面頂部，基礎(chǔ)盡量利用結(jié)構(gòu)剪力墻；QTZ50選擇布置于大屋面，基礎(chǔ)盡量利用已有鋼梁（圖5）。

2.3 總體流程

1）塔吊使用結(jié)束后，在主樓小屋面（結(jié)構(gòu)標(biāo)高310.95 m）上安裝1 臺ZSL270型屋面吊，實(shí)施STT553A塔吊拆卸；

圖5 屋頂平面示意

2）在主樓大屋面（結(jié)構(gòu)標(biāo)高299.8 m）上安裝1 臺QTZ50型屋面吊，實(shí)施ZSL270型屋面吊拆卸；

3）由于主樓大小屋面存在10.55 m高差，且外部幕墻比大屋面高10.55 m，造成QTZ50型屋面吊拆卸ZSL270型屋面吊時(shí)施工高度不夠，需在QTZ50型屋面吊下設(shè)置格構(gòu)柱；

4）QTZ50型屋面吊及格構(gòu)柱人工分解后，利用高速消防電梯從73F運(yùn)至地面。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 設(shè)備與結(jié)構(gòu)相互作用影響分析

3.1.1 計(jì)算簡圖

本工程中利用屋面吊進(jìn)行高空作業(yè)，結(jié)構(gòu)承載能力是保證整個(gè)拆卸方案安全實(shí)施的關(guān)鍵。因此利用計(jì)算軟件ETABS建立三維有限元整體模型，按照真實(shí)結(jié)構(gòu)中不同部分構(gòu)件的位置及其功能，用板、殼、桿等不同單元類型進(jìn)行模擬。

屋面吊對結(jié)構(gòu)影響僅限于局部樓層，為提高計(jì)算效率，突出重點(diǎn)，僅取屋頂以下3 層結(jié)構(gòu)參與計(jì)算（圖6）。

圖6 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

構(gòu)件之間梁與柱連接為剛接，梁與核心筒為鉸接。

3.1.2 荷載與邊界

以屋面吊工作狀態(tài)為最不利狀態(tài)進(jìn)行受力分析，吊機(jī)反力以集中力形式施加在屋面吊支座處。

荷載包括結(jié)構(gòu)自重、屋面恒荷載、屋面活荷載、屋面塔吊荷載等。

3.1.3 結(jié)果與結(jié)論

通過有限元分析（圖7、圖8），在預(yù)定的施工順序加載作用下，QTZ50基礎(chǔ)下結(jié)構(gòu)鋼梁GKL2及周邊次梁GL2下方需要增加臨時(shí)支撐。

采用48 mm鋼管對相關(guān)區(qū)域鋼梁進(jìn)行加強(qiáng)，上部設(shè)頂托增加承載力，加固范圍為71～73F。經(jīng)過加固后的屋面結(jié)構(gòu)滿足拆解過程的承載受力要求。

3.2 利用ZSL270拆除STT553A

3.2.1 吊能分析

STT553A拆解時(shí)共可分為12 個(gè)大部件，其中回轉(zhuǎn)總成為最重構(gòu)件，單件質(zhì)量達(dá)11.307 t。

ZSL270吊裝曲線（圖9）表明，20 m吊裝半徑可實(shí)現(xiàn)12.2 t的起重質(zhì)量，滿足STT553A拆解要求。

圖7 鋼框組合結(jié)構(gòu)整體位移云圖（單位：mm）

圖8 框架梁和加強(qiáng)支撐應(yīng)力比

圖9 ZSL270吊裝能力曲線

3.2.2 屋面吊基礎(chǔ)形式

ZSL270安裝于核心筒屋面（結(jié)構(gòu)標(biāo)高310.95 m）上。為使屋面吊荷載能有效傳遞至核心筒剪力墻，采用底座鋼梁與轉(zhuǎn)換鋼梁構(gòu)成的雙層正交疊合鋼梁體系（圖10）。屋面吊底座尺寸為4 m×4 m，基礎(chǔ)預(yù)埋鐵中心距離6 m×6 m，底座鋼梁與轉(zhuǎn)換鋼梁截面尺寸均為600 mm×300 mm×25 mm×25 mm。構(gòu)件之間通過焊接連接。4 塊預(yù)埋件標(biāo)高誤差控制在1‰之內(nèi)。

3.2.3 拆卸重點(diǎn)

1）塔機(jī)最前端20 m起重臂，平衡臂和回轉(zhuǎn)總成拆卸下來后，需要在核心筒頂面上擺放進(jìn)行解體，逐一從核心筒面上吊運(yùn)到地面，其余總成件、部件拆除后直接吊至地面[2]。

2）ZSL270屋面吊需變幅至大于20 m回轉(zhuǎn)半徑的范圍，考慮對成品幕墻的保護(hù)，使吊物離墻面約6 m處下降至地面。

圖10 ZSL270基礎(chǔ)采用雙層正交疊合鋼梁體系

3）所有物件從拆卸面往下降時(shí)都必須拉設(shè)牽引導(dǎo)向繩。起重臂、平衡臂應(yīng)兩端設(shè)牽引導(dǎo)向繩，以控制下降過程中的安全[3]。

3.3 利用QTZ50拆除ZSL270

3.3.1 吊能分析

ZSL270拆解時(shí)共可分為18 個(gè)大型部件，其中回轉(zhuǎn)總成為最重構(gòu)件，單件質(zhì)量達(dá)5.7 t。

QTZ50吊裝曲線表明，8 m吊裝半徑可實(shí)現(xiàn)6.4 t的起重質(zhì)量，滿足ZSL270拆解要求。

3.3.2 QTZ50塔身接高

由于主樓屋面結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大小屋面存在10.55 m高差，造成QTZ50拆卸ZSL270時(shí)施工高度不夠，需在QTZ50屋面吊下設(shè)置格構(gòu)柱進(jìn)行塔身接高（圖11）。

圖11 利用格構(gòu)柱進(jìn)行QTZ50塔身接高

經(jīng)受力分析，格構(gòu)柱截面尺寸4 000 mm×4 000 mm，由4 根用熱軋125 mm×10 mm等邊角鋼拼方成400 mm×400 mm的鋼柱組成，鋼柱間用16a#槽鋼（160 mm×10 mm×63 mm×6.5 mm）分別作為水平桿和斜撐桿，格構(gòu)柱高9 m。綴板采用10 mm×360 mm×100 mm鋼板，中心間距500 mm。

利用有限元軟件對格構(gòu)柱基礎(chǔ)進(jìn)行整體建模，分析承載力和變形情況。

由模型分析計(jì)算得：格構(gòu)柱剛架設(shè)為四支座鉸接情況下，支座最大反力約為263 kN。格構(gòu)柱鋼材應(yīng)力均在-28～84 MPa之間，小于鋼材的允許應(yīng)力，滿足計(jì)算要求。支座應(yīng)做好柱腳構(gòu)造措施，控制局部應(yīng)力集中。

3.3.3 基礎(chǔ)形式

屋面吊底部選用600 mm×300 mm×25 mm×25 mm鋼梁，每端用2 根φ30 mm高強(qiáng)度螺栓和2 根16#槽鋼作為抱箍，把底部鋼梁固定在600 mm×300 mm×14 mm×20 mm結(jié)構(gòu)鋼梁上。

3.3.4 拆卸重點(diǎn)

1）拆卸起重臂時(shí)，應(yīng)滿足QTZ50型屋面吊起重量要求，須將ZSL270屋面吊起重臂分4 段拆卸。

2）考慮對成品幕墻的保護(hù)，使吊物離墻面約4.5 m處下降至地面[4]。

4 結(jié)語

沈陽第一高樓茂業(yè)中心STT553A內(nèi)爬塔吊利用ZSL270和QTZ50屋面吊在311 m高空成功實(shí)現(xiàn)分級置換拆解，利用有限元軟件對拆解過程進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，確定了加固方案，確保了施工過程的安全。

采用QTZ50型屋面吊下設(shè)置高9 m的格構(gòu)柱彌補(bǔ)了主樓大小屋面存在的10.55 m高差，順利地將ZSL270型屋面吊拆除。

內(nèi)爬塔吊的分級置換拆解涉及多臺大型機(jī)械的高空安裝、使用和拆除，工藝環(huán)節(jié)多、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大，需要對每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行細(xì)致考慮。特別是基礎(chǔ)的設(shè)置、構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、主體結(jié)構(gòu)的受力復(fù)核是保證整個(gè)工藝順利實(shí)施的關(guān)鍵。沈陽茂業(yè)中心主塔吊STT553A在311 m高空實(shí)現(xiàn)安全拆除，為類似工程提供了有利的借鑒。